KR100270944B1 - 밸러스트 회로 - Google Patents

Abstract

방전 램프(20)의 고주파수 전자 밸러스트는 LC 필터(S) 및 AC 입력 단자(1, 2)가 반브릿지 DC/AC 변환기 회로(15)의 DC 입력 단자(13, 14)에 결합된 배전압 회로(8)를 포함하고 있다. 램프의 한 단부는 결합 캐패시터(21)를 경유하여 배전압 회로의 캐패시터 (16, 17)에 결합되어 있고 배전압 회로 다이오드(11, 12) 및 램프의 다른 한 단부는 LC 회로(24, 25 및 26)를 경유하여 반브릿지 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터(18, 19) 사이의 접합점(22)에 결합되어 있다. 램프에 병렬로 되어 있는 캐패시터(31)는 램프와 LC 회로를 포함하는 공진 회로 부분을 형성하여 반브릿지 회로는 고주파에서 공진한다. 에너지는 결합 캐패시터 및 LC 회로를 경유하여 캐패시터 전압을 AC 공급 전압의 피크보다 높게 유지하기 위하여 배전압 회로 캐패시터에 돌아오게 되고 거기에 높은 전력 비율과 저조파 선전류가 있는 회로를 제공한다.

Description

발명의 명칭

제1도는 본 발명에 따른 회로를 도시한 회로도.

제2도는 본 발명에 따른 제1도의 일부를 변경한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명

1, 2 : AC 입력단자 6, 7 : 인덕터

9, 10 : 캐패시터 11, 12 : 다이오드

13, 14 : DC 입력단자 16, 17 : 버퍼 캐패시터

18, 19 : 스위칭 트랜지스터 20 : 램프

34 : 제어 회로 35 : 스타트 회로

본 발명은, DC/AC 변환기를 포함하여 방전 램프의 동작을 위한 밸러스트 회로에 관한 것으로,

- 저주파수의 AC 공급 전압원에 연결되는 한 쌍의 AC 입력 단자,

- 상기 DC/AC 변환기에 연결되는 제 1 및 제 2 DC 입력 단자,

- 상기 AC 입력 단자와 상기 DC 입력 단자가 결합된 제 1 및 제 2 다이오드를 포함하는 정류 회로.

- 상기 DC 입력 단자에 결합된 버퍼 캐패시터 수단.

- 상기 제 1 및 제 2 DC 입력 단자에 횡단된 직렬 회로에 연결되어 있는 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터.

- 램프 연결 단자 및 유도 수단을 포함하는 부하 회로.

- 부하 회로를 AC 입력 단자에 결합하는 결합 회로.

- 상기 스위칭 트랜지스터를 고주파수에서 전도 및 컷오프에 교호적으로 구동하기 위하여 제 1 및 제 2 트랜지스터 각각의 제어 전극에 결합되는 수단을 포함한다.

서두에 정의한 밸러스트 회로는 유럽 특허 9220365.2 에 언급되어 있다. DC/AC 변환기의 구성에 따라, 결합 회로는 여러 구성 성분을 포함할 수 있으며 또한, 실제적으로 O에 가까운 임피던스를 가지는 부하 회로와 AC 입력 단자 사이의 연결이 될 수도 있다. 이러한 밸러스트 회로는 저전력원의 형광 램프를 동작시키기 위해 이용될 때, 비교적 높은 전력 비율(power factor)을 갖는 것으로 밝혀졌다. 밸러스트 회로가 동작하는데 비교적 높은 전원이 소모되는 형광 램프의 경우에, 그렇지만, 전력 비율은 선 전류 찌그러짐(line current distortion)에 관해서 종종 비교적 낮거나 또는 정부 표준에 오히려 따르지 않을 때도 있다.

본 발명은 그 목적에 있어서 비교적 높은 전력 비율과 함께 비교적 높은 전원 소모하는 형광 램프를 동작하는데 적절한 밸러스트 회로를 제공하는 것이다.

그 목적은 방전 램프와, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터 사이의 제 1접합점과, 상기 DC 입력 단자 중의 하나와 같이 이들과 결합된 LC 회로를 구성하는 유도 수단으로 이루어진다.

그 LC 회로는 에너지 피드백을 버퍼 캐패시터 수단으로 결과적으로 분할하는 데, 정류 수단으로 들어오는 것의 부분으로, 이들 트랜지스터에 병렬로 연결된 스위칭 트랜지스터 및 다이오드 수단을 경유하는 것의 부분으로 분할한다. 성분들을 적절히 선택함으로서, 버퍼 캐패시터 수단의 전압을 저주파수 AC 공급 전압의 피크값보다 높은 값으로 증가시키기 위하여 DC/AC 변환기는 고주파수 부스트 변환기처럼 동작한다. 공급 전원으로부터 전류를 충전하는 고 캐패시터는 그러므로 피하게 되는데, 그것은 공급 전류에서 높은 전력 비율과 저조파 성분(low harmonic content)을 증가시킨다. 밸러스트 회로로 동작하는 형광 램프가 비교적 높은 전원d을 소모시킬 때에도 본 발명에 따른 밸러스트 회로는 비교적 높은 전원 성분을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

버퍼 캐패시터 수단으로 흐르는 전류는 전체적으로 그 전류원에서 공급되는 대신에 DCAC(변환기에서 부분적으로 끌어오는 것이기 때문에, 비교적 소규모 버퍼 캐패시터가 사용될 수 있다.

램프가 동작하는 동안에, 형광 램프의 DC 전류가 이동하는 것을 방지하는 것은, 결합 회로가 제 1 캐패시터를 포함할 때 장점이 된다.

본 발명에 따른 밸러스트 회로의 적절한 실시예에서, 상기 LC 회로는 방전 램프의 한 단부와 상기 제 1 접합점 사이의 직렬 회로와 결합된 제 1 및 제 2 인덕터 및 상기 제 1 및 제 2 인덕터의 한 접합점과 상기 한 DC 입력 단자 사이에서 결합된 제 2 캐패시터를 포함한다. 버퍼 캐패시터에 흐르는 고주파수가 매우 효과적인 피드백임이 밝혀졌다.

본 발명에 따른 밸러스트 회로의 적당한 실시예에서, 상기 버퍼 캐패시터 수단은 DC 입력 단자들 사이의 제 1 직렬 회로와 연결된 제 3 및 제 4 캐패시터를 포함하고 상기 제 1 및 제 2 다이오드는 상기 입력 단자들 사이의 제 2 직렬 회로에 연결되어 있으며, 제 1 및 제 2 다이오드 사이의 제 2 접합점은 제 1 AC 입력 단자에 결합되어 있으며 제 3 및 제 4 캐패시터 사이의 제 3 접합점은 제 2 AC 입력 단자 결합되어 있다. 본 적당한 실시예에서 정류 회로 및 버퍼 캐패시터 수단은 배전압 회로를 형성한다. 이 형태는 저주파수 AC 전압의 진폭이 램프의 전압에 관해서 비교적 낮을 때 적당한 실시예가 사용하기에 매우 적절하게 만든다.

본 발명에 따라 밸러스트 회로의 다른 적절한 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 다이오드는 DC 입력 단자 사이의 제 1 직렬 회로에 연결되어 있고 제 3 및 제 4 다이오드는 DC 입력 단자들 사이의 제 2 직렬 회로에 연결되어 있으며, 제 1 및 제 2 다이오드 사이의 제 2 접합점은 제 1 AC 입력 단자에 결합되어 있으며 제 3 및 제 4 다이오드 사이의 제 3 접합점은 제 2AC 입력 단자에 결합되어 있다. 본 다른 적절한 실시예는 비교적 간단한 회로로서 상대적으로 높은 전력 비율을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

마지막 두 절에 기술된 실시예에서, 제 3 인덕터와 제 4 캐패시터의 일련의 장치를 포함하여 제 2 및 제 3 접합점 사이에 연결된 회로는 다른 부스팅 효과를 제공한다. 정류 회로를 경유하는 피드백이 저주파수 공급 전압의 진폭이 그 최고값의 근처에 있을 때 주요한 전류 피크가 일어나는 것을 방지하기에 충분히 높은 전위로 버퍼 캐패시터 수단을 충전하게 하는 것을 이 다른 부스팅 효과가 확실하게 한다. 결합 회로가 두개의 접합점 중 하나와 연결되어 있는 경우, DC/AC 변환기로부터 버퍼 캐패시터 수단까지의 정류 회로를 경유하는 에너지의 매우 효과적인 피드백이 실현될 수 있음이 밝혀졌다.

제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터 각각의 제어 전극에 결합되어 상기 트랜지스터를 고주파수에서 전도 및 컷-오프에 교호적으로 구동하기 위한 수단이 변압기를 포함하지 않으면, 다이오드 수단이 피드백 에너지 부분의 경로를 제공하는 상기 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터를 병렬로 연결하는 것이 필요하다.

고주파 전류에 의한 저주파 AC 전압원의 오염은 상기 AC 입력 단자 및 상기 정류 회로 사이의 필터 회로의 수단에 의해 피할 수 있다.

본 발명의 적절한 실시예를 고주파 전자 밸러스트 장치의 회로도를 도시한 첨부 도면을 참조하여, 예를 들면서 상세히 기술하겠다.

제 1 도를 참조하여, 예를 들어 120 볼트, 60 Hz 의 저주파 AC 공급 전압은 한 쌍의 AC 입력 단자(1, 2)에 제공되는데 이것은 제 1 캐패시터(9)를 포함하는 EMI 필터(5) 및 제 1 인덕터(6)에 결합되어 있다. EMI 필터는 제 2 인덕터(7) 및 제 2 캐패시터(10)를 경유하는 배전압 회로(8)의 입력 단자(3, 4)에 차례로 결합되어 있다. 제 1 및 제 2 인덕터(6, 7)는 AC 공급 단자(2) 및 배전압 회로(8)의 입력 단자(4) 사이에 연속으로 연결되어 있다. 제 1 캐패시터(9)는 입력 단자(1, 2)에 걸쳐 결합되어 있으며 제 2 캐패시터(10)는 단자 (1) 및 인덕터(6, 7) 사이의 접합점 사이에 연결되어 있다.

배전압 회로는 고주파수 DC/AC 반브릿지 변환기(15)의 DC 입력 단자(13, 14) 양단에 직력로 접속된 한 쌍의 다이오드(11, 12)로 구성되어 있다. 그 배전압 회로 는 직렬 접속된 다이오드(11, 12)와 병렬로 결합되어 있는 한 쌍의 직렬 접속된 버퍼 캐패시터(16, 17)를 포함한다.

한 쌍의 일렬로 연결된 스위칭 트랜지스터(18, 19)는 DC 공급 단자(13, 14)와 결합되어 있다. 제 3 및 제 4 다이오드(37, 38)는 각각 트랜지스터(18, 19)에 반대 극성으로 결합되어 있다. 방전 램프(20)의 한 단부, 예를 들어, 형광 램프는, 다이오드(11, 12)의 접합점(3)에서 캐패시터(21)를 경유하여 결합되어 있다. 방전램프(20)의 다른 한 단부는 인덕터(23)를 경유하여 스위칭 트랜지스터(18, 19) 사이의 접합(22)에 연결되어 있다. 이 연결은 도면에서 점선으로 도시되어 있다. 그렇지만, 본 발명에 따라, 하나의 인덕터(23) 대신에 이제 LC 회로를 연결해 놓는데 이것은 캐패시터(26)를 경유하여 DC 입력 단자 (14)에 결합된 그사이의 공통 접합과 함께 일렬로 연결된 제 1 및 제 2 인덕터(24, 25)를 포함하고 있다.

방전 램프의 전극(27, 28)은 양의 온도 계수(PTC) 저항(29) 및 캐패시터(30)의 일련의 연결을 경유하여 상호 연결되어 있다. 다른 캐패시터(31)는 PTC 저항 및 캐패시터(30)의 일련의 연결과 병렬로 연결되어 있다. PTC 저항을 램프의 점화 이전에 램프의 전극을 가열하기 위하여 미리 가열하는 전류 경로를 제공한다. 이것이 종래의 미리 열을 가열하는 회로이다.

종래의 제어 회로(34)는 하나의 트랜지스터가 온이면 다른 트렌지스터는 오프, 또는 그 반대의 상황으로 되며, 이러한 방식으론 교호적으로 스위칭 트랜지스터(18 및 19)를 구동한다. 제어 회로는 I.C 구동할 수 있으며, 인덕터(24 및 25)와직렬로 된 1차 권선을 가지는 변압기를 포함할 수도 있으며 스위칭 트랜지스터(18 및 19)의 베이스 및 에미터 전극에 각각 결합된 제 1 및 제 2의 2차 권선을 적절히 조절한다. 각각의 저항은 트랜지스터의 베어스 회로에서 2차 권선에 직렬로 연결될 수 있다. 이 방식에 있어서, 자체 발진(self-oscillating) 고주파 DC/AC 변환기가 이루어질 수 있다. 스위칭 트랜지스터를 구동하는 정밀한 방법을 본 발명에 위험스럽지 않으며 트랜지스터의 다양한 다른 구동 방법이 이용 가능하며 회로의 동작에 안 정성을 제공한다.

램프(20), 캐패시터(31), 인덕터(24, 25), 캐패시터(26)는 반브릿지 회로가 고주파수로 자체 발진하는 공진 회로를 만든다. 스타트 회로(35)는 고주파 변환기(15)의 동작을 초기화하기 위하여 제공된다. 이 회로의 상세한 설명은 종래의 기술에서 이미 잘 알려져 있기 때문에 그에 대한 다른 설명은 생략한다.

AC 공급으로부터의 입력 전류는 사인 곡선 파형과 매우 근사한데 왜냐하면 캐패시터(21) 및 절연 다이오드(11, 12)를 경유하는 전압 부스팅이 전해의 버퍼 캐패시터(16, 17)로 돌아오도록 램프의 회로에 있는 공진 에너지에 고주파수 경로를 제공하며 거기에 이들 캐패시터 각각에 걸려 있는 전압이 단자 (1, 2)에서 AC 공급으로부터의 선 전압보다 항상 높게 해준다. 캐패시터(10) 및 인덕터(7)는 버퍼 캐패시터의 전압 부스터 회로의 일부분이다. 캐패시터(21)를 경유하여 공진 회로에서 돌아오는 에너지는 인덕터(7)에 걸리는 전압을 개발하는데 동작된다. 이 전압은 AC 선 전압에 더해지고 버퍼 캐패시터 전압보다 더 높은 전압으로 되고, 버퍼 캐패시터 전압의 다이오드(11, 12) 각각에 의해 쌓여진다. 그래서 에너지는 다이오드(11, 12)를 통하여 버퍼 캐패시터를 돌아온다. 버퍼 캐패시터(16, 17)의 부가적인 에너지 부스팅이 인덕터(25) 및 캐패시터(26)로 이루어진 LC 회로에 의해 제공된다. 인덕터(23)와 같은 단일 인덕터 대신에 LC 회로를 사용함으로써, 캐패시터(16, 17)에 제공된 피드백 에너지, 캐패시터(21)를 경유하는 램프로부터 이끌어 낸 부분, 및 LC 회로(24, 25, 26)로 부터 이끌어 낸 다른 부분으로 분할할 수 있다. 다이오드(37, 38)는 버퍼 캐패시터로 에너지가 돌아오게 하는 경로를 제공한다. 변압기가 트랜지스터(18, 19)를 구동하는데 사용된 경우에, 다이오드(37, 38)는 버퍼 캐패시터로 에너지가 돌아오게 하는 경로를 제공한다. 변압기가 트랜지스터(18, 19)를 구동하는데 사용된 경우에, 다이오드(37, 38)는 없어도 되는데 왜냐하면 2차 권선 및 트랜지스터의 콜렉터-베이스 접합은 버퍼 캐패시터로 에너지를 돌아오게 하는 저임피던스 경로를 제공하기 때문이다. 그래서, 트랜지스터의 콜렉터-베이스 접합은 다이오드 기능을 제공한다.

다른 전압 부스팅 동작이 인덕터(7)에 의해 제공되는데 캐패시터(16, 17)로 절연 다이오드(11, 12)를 통하여 전류를 흐르게 하는 전압원의 일종으로서 동작한다.

회로의 다른 변경안에 있어서, 캐패시터(36)는 접합점 (33) 및 입력 단자(14) 사이에 연결될 수 있다. 캐패시터(21, 36)의 적절한 선택으로, 반브릿지 역변환 회로는 버퍼 캐패시터(16, 17) 각각의 전압을 피크 선 전압보다 높은 값으로 증가시키는 고주파 부스터 변환기처럼 동작한다. 이것은 선 전압 공급으로부터 어떤 높은 캐패시터 충전 전류를 피하고 거기에 회로의 전력 비율의 개선 및 선전류 고조파의 감소를 제공한다. 개선된 전력 비율을 통해, 회로는 훨씬 낮은 입력 전류를 유도한다.

상기한 바와 같이, 캐패시터(16, 17)로 흐르는 입력 리플 전류는 저주파(60 Hz) AC 공급으로부터 전체적으로 유도하기보다는 오히려 고주파 반브릿지 회로로부터 부분적으로 유도하기 때문에, 더 소규모의 캐패시터가 사용될 수 있으며 낮은 리플 전압을 유지한다.

제 2 도의 회로도는 제 1 도의 회로도와는 다른데 배전압 회로(11, 12, 16, 17)가 다이오드(11, 12, 41, 42) 및 DC 단자(13, 14)와 연결된 캐패시터(16)으로 대체되어 있다. 따라서, 제 1 도의 회로도에 따른 회로 동작은 상세히 기술하지 않는다.

Claims (10)

1. DC/AC 변환기가 제공되어 있는 방전 램프의 동작을 위한 밸러스트 회로(ballast circuit)에 있어서,

   - 저주파 AC 공급 전압원에 연결을 위한 한 쌍의 AC 입력 단자,

   - 상기 DC/AC 변환기에 연결을 위한 제 1 및 제 2 DC 입력 단자,

   - 상기 AC 입력 단자를 상기 DC 입력 단자에 연결하는 제 1 및 제 2 다이오드를 포함하는 정류 회로,

   - 상기 DC 단자에 결합된 버퍼 캐패시터 수단,

   - 상기 제 1 및 제 2 DC 입력 단자 양단의 직렬 회로에 연결된 제 1 및 제 2스위칭 트랜지스터,

   - 램프 연결 단자 및 유도 수단(inductive means)을 포함하는 부하 회로,

   - 상기 부하 회로를 AC 입력 단자에 결합하는 결합 회로,

   - 상기 스위칭 트랜지스터를 고주파에서 전도 및 컷-오프로 교호적으로 구동하기 위하여 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터의 각각의 제어 전극에 결합된 수단을 포함하고,

   상기 유도 수단은 방전 램프와, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터 사이의 제 1 접합점과 상기 DC 입력 단자 중 한 단자에 결합된 LC 회로에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 결합 회로는 제 1 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 LC 회로는 방전 램프의 한 단부와 상기 제 1 접합점 사이의 직렬 회로에 접속된 제 1 및 제 2 인덕터와, 상기 제 1 및 제 2 인덕터의 한 접합점과 상기 한 DC 입력 단자 사이에 결합된 제 2 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼 캐패시터 수단은 DC 입력 단자들 사이의 제 1 직렬 회로에 연결된 제 3 및 제 4 캐패시터를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 다이오드는 상기 DC 입력 단자들 사이의 제 2 직렬 회로에 연결되어 있으며, 제 1 및 제 2 다이오드 사이의 제 2 접합점은 제 1 AC 입력 단자에 결합되어 있고, 제 3 및 제 4 캐패시터 사이의 제 3 접합점은 제 2 AC 입력 단자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 다이오드는 DC 입력 단자들 사이의 제 1 직렬 회로에 연결되어 있고, 제 3 및 제 4 다이오드는 DC 입력 단자들 사이의 제 2 직렬 회로에 연결되어 있으며, 제 1 및 제 2 다이오드 사이의 제 2 접합점은 제 1 AC 입력 단자에 결합되어 있고, 제 3 및 제 4 다이오드 사이의 제 3 접합점은 제 2 AC 입력 단자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 접합접 사이의 연결되고 제 3 인덕터 및 제 5 캐패시터의 직렬 장치를 구비한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 결합 회로의 한 단자는 제 2 접합점에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 결합 회로의 한 단자는 제 3 접합점에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터 각각에 병렬로 다이오드 수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 히는 밸러스트 회로.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 AC 입력 단자와 상기 정류 수단 사이에 결합되어 있는 필터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 회로.